《金属材料的物理性能》金属材料的基本知识
金属材料的力学性能
使用性能
力学性能 强度、硬度、塑性、韧性等 物理性能 指熔点、导热性、导电性、磁性等 化学性能 抗氧化性、抗腐蚀性等 其它性能 耐磨性、热硬性、消振性等
工艺性能——加工成形的性能
1.1 金属材料的力学性能
是指金属材料在外加载荷作用下所表现出来的抵抗能 力,
静载荷
根据载荷作用性质不同 冲击载荷
疲劳载荷 静载荷是指外力的大小和方向不变或变化很缓慢的载荷； 冲击载荷是指突然增加的载荷； 疲劳载荷则是指大小和方向随时间作（ZHOU）期性变化
在一定条件下,HB与HRC可以查表互换，其心算公式可大概记 为：1HRC≈1/10HB，
3 .维氏硬度 HV
维氏硬度试验原理 维氏硬度压痕
维氏硬度计
维氏硬度 HV 测试计
小
负
荷
显微维氏硬度计
维
氏
硬
度
计
1 维氏硬度测量原理
用压头为锥面夹角为136º的金刚石四棱锥体,以一定的试验 力将压头压入试样表面,保持规定时间卸载后,在试样表面留 下一个四方锥形的压痕,测量压痕两对角线长度,以此计算出 硬度值，
成形工艺的应用
重要环节： 热处理
1.3 金属材料的工艺性能
金属材料的工艺性能：是指用不同的加工手段所 表现出来的难易程度,
铸造性能 流动性、收缩、偏析等
锻压性能 切削加工性 焊接性 热处理性能
小 结：
本单元了解了金属材料的类型和性能,重点学 习了金属材料的力学性能的指标：强度、塑 性、韧性、硬度以及疲劳强度，
屈强比 ReL/ Rm ： 0.6~0.85 屈强比高,材料利用率越高； 屈强比低,零件的可靠性越高
—— 综合考虑材料利用率和安全性
1. 1. 2 塑 性
金属材料的性能
2.抗氧化性 金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮的能力 。
3.化学稳定性 化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。
三1 金属材料的力学性能
1.力学性能:
金属材料在外力作用下所表现出来的性能称为力学性能。
2.载荷：
拉伸过程
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
拉伸试验机
②塑性 δδ
金属材料在静载荷作用下，产生永久变形 而不破坏的能力称为塑性。
常用的塑性指标： 延伸率（δ）和断面收缩率（ψ）。
塑性 ：材料在载荷作用下，产生塑形变形而不被破坏的能力。
1.断后伸长率
断后伸长率是指试样拉断后，标距的伸长量与原标距长
度的百分比，用符号δ表示。
δ=
L1-L0 L0
L0—试样的原始标距（mm）
2.断面收缩率
L1—试样拉断后的标距（mm）
断面收缩率是指试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩
减量与原始横截面积的百分比，用符号ψ表示。
ψ=
S1-S0 S0
S0—试样的原始横截面积（mm2） S1—试样拉断后的横截面积（mm2）
裂纹扩展的基本形式
1943年美国T-2油轮发生
北
断裂
极 星
导
弹
⑤疲劳强度
• 材料在低于s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。
材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的 最大应力称为疲劳极限。用-1表示。
钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。
疲劳应力示意图
疲劳曲线示意图
疲劳断口
式中：HBS(HBW) ——淬火钢球（硬质合金球）试验的布氏硬度值 Ｆ —— 试验力（N）； d —— 压痕平均直径（mm）； Ｄ —— 淬火钢球（硬质合金球）直径（mm）。
1.金属材料的性能
课外小知识： 1、金属的特性(密度、熔点、硬度等)
物理性质 物理性质比较
银 铜 金 铝 锌 铁 铅 100 99 74 61 27 17 7.9（良） （优） 铅 银 铜 铁 锌 铝 （小） 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.70 金 银 1064 962 金 铝 660 铝 锡 232（低） 铅
1.1金属材料的物理性能和化学性能
载荷是指零件或构件工作时所承受的 外力。 载荷的分类: 不随时间变化或变化较缓慢的载荷 称为静载荷， 如重力，锅炉中的压力，螺栓拧紧后 载 荷 受到的拉力; 随时间变化的栽荷称为冲击载荷， 如内燃机活塞杆受到的力，机器中的 齿轮受到的力等。 在工作过程中受到大小、方向随时 间呈周期性变化的载荷作用，这种载 荷称为交变载荷。 有许多机械零件，如轴、齿轮、连杆 和弹簧等，
1 耐腐蚀性 金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其他 化学介质腐蚀作用的能力，称为耐腐蚀 性。 常见的钢铁生锈，就是腐蚀现象。 2 抗氧化性 金属材料抵抗氧化作用的能力，称为抗氧 化性。 金属材料在加热时，氧化作用加速，
3 化学稳定性 化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗 氧化性的总称。 热稳定性 金属材料在高温下的化学 稳 定性。 制造在高温下工作的零件的 金属材料，要有良好的热稳定性。
一、金属材料的物理性能
2.熔点 定义 金属从固体状态向液体状态转变时的温度称为熔 点。熔点一般用摄氏温度（℃）表示。各种金属都有 其固定熔点。如铅的熔点为323 ℃，钢的熔点为１５ ３８ ℃。 分类 低熔点金属——熔点低于 １０００ ℃， 中熔点金属——熔点在１０００～２０００ ℃， 高熔点金属——熔点 高于２０００ ℃。
金属材料的物理化学性能分析
机电信息工程金属材料的物理化学性能分析王栋1王瑞2(1.新乡职业技术学院，河南新乡453006*.豫新汽车热管理科技有限公司，河南新乡453006)摘要:金属材料在加工和使用的过程中需要考虑其性能要求，来满足工艺性能的需要。
本文主要分析金属材料的物理和化学性能包含的内容和特点，要求。
关键词：材料；物理性能；化学性能；要求1物理性能1.1密度金属的密度就是单位体积金属的质量，其单位为Pg/n?,金属按照密度的大小分为轻金属和重金属，我们把密度小于4.5X103kg/m3的金属称为是轻金属，常见的有铝、镁、钛及其合金；把密度大于4,5X103 kg/m?的金属称为是重金属，这样的金属有金、银、铜、铅等。
在航空、汽车和较大体积的机器时，都应当考虑其密度要求，因为密度的大小很大程度上决定了零件的自身重量。
而机床外壳，底座、箱体等要求自重的,我们就采用密度较大的材料来保证其自身的强度和硬度。
1.2熔点熔点对于金属材料来说有着十分重要的作用，因为金属材料一般在作为成品使用之前都需要进行热处理工艺，如果不能准确地掌握材料的熔点的话，那作能够直接完成所有的工作，个别重要岗位仍然需要钳工进行手工操作，包括设备的维护、维修等等。
3.2钳工工艺在先进制造技术中的实际应用基于现代制造技术社会及企业对制造技术都提出了更高的要求和标准，与此同时，基于钳工工艺也开始要求精密度和准确度，其能够切实满足多元化的维修需要。
在进行一些较大的零件切割时，技术人员可以不再单纯地使用传统技术技能，可以利用现代信息技术及制造技术实现机床切割或自动化切割。
而对于一些微型零件的切割时，也可以采用微细车削、铳削，同时也可以利用渗透融合先进技术的微细钻削。
例如，在当前社会极其常见的桌面微细锂削机，其体积小、占地面积小，在使用时能够快速移动，像行李箱一样拖走。
据调查显示,钳工工艺中极其重要的工艺主要包括装配钳工、机修钳工及工具钳工。
首先，所谓装配钳工,本质上来讲是通过工件加工、机械设备装配实么在进行热处理时就不能准确地得到我们需要的合金组织。
常用金属材料的一般知识
式中 Ak——冲击吸收功，J；
F——试验前试样刻槽处的横截面积，cm2；
ak——冲击值，J／cm2。
4．硬度
金属材料抵抗表面变形的能力。
常用的硬度有布氏硬度HB、洛氏硬度HR、维氏硬度HV三种。
(三)金属材料的工艺性能
金属材料的工艺性能是指承受各种冷热加工的能力。
第三节 常用金属材料的一般知识
一、金属材料的性能
金属材料的性能通常包括物理性能、化学性能、力学性能和工艺性能等。
(一)金属材料的物理化学性能
1．密度
物质单位体积所具有的质量称为密度，用符号P表示。利用密度的概念可以帮助我们解决一系列实际问题，如计算毛坯的重量，鉴别金属材料等。常用金属材料的密度如下：铸钢为7．8g／cm3，灰铸铁为7．2g／cm3，钢为8．9g／cm3，黄铜为8．63g／cm3，铝为2．7g／cm3。
C5
2．合金结构钢的编号
合金结构钢的钢号由三部分组成：数字+化学元素符号+数字。前面的两位数字表示平均碳含量的万分之几，合金元素以汉字或化学元素符号表示，合金元素后面的数字，表示合金元素的百分含量。当元素的平均含量<1．5％时，则钢号中只标出元素符号而不标注含量；其合金元素的平均含量≥1．5％、≥2．5％、≥3．5％……时，则在元素后面相应标出2、3、4、……如“16Mn”钢，从钢号可知：其平均含碳量为0．16％，平均含锰量为<1．5％。
(2)抗拉强度 金属材料在破坏前所承受的最大拉应力，以σb表示。σb值越大金属材料抵抗断裂的能力越大，强度越高。
强度的单位是MPa(兆帕)。
2．塑性
塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形的能力。表示金属材料塑性性能有伸长率、断面收缩率及冷弯角等。
金属材料的基本知识
一金属材料的基本知识现代生产中，特别是机械行业中，大量使用各种金属材料，为了合理选择和使用金属材料，充分发挥金属材料的性能潜力，必须了解金属材料的性能。
金属材料的性能，一般可以分为两类：一类是使用性能，包括力学（机械）性能、物理性能、化学性能等，作为结构材料首先要考虑的是金属材料使用过程中在外力作用下所表现出来的特性；另一类是工艺性能，它包括铸造性能、切削性能、焊接性能、热处理性能等，它反映金属材料在制造加工过程中所表现出来的各种特性。
一、金属材料的力学性能金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性，如：强度、塑性、弹性、硬度、韧性、疲劳、蠕变等。
机械性能指标反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的能力，是设计金属制件时选材和进行强度计算的主要依据。
1．强度金属材料在静载荷作用下抵抗永久塑性变形和断裂的能力，称为强度。
下面简要介绍拉伸曲线及由此得出的材料性能指标。
2．塑性塑性是指金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。
常用的塑性指标是延伸率δ和断面收缩率ψ，两个指标均为百分率（%）表示。
塑性指标在工程技术中具有重要的实际意义。
塑性好的材料，适宜于各种压力加工，如：冲压、挤压、冷拔、热轧及锻造等；制成零件在使用时，万一超载，也能由于塑性变形使材料强度提高而避免突然断裂。
3．硬度硬度是指材料抵抗其他硬物压入其表面的能力，它反映了材料抵抗局部塑性变形的能力。
常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
4．冲击韧性冲击韧性是指金属材料抵抗冲击力而不破坏的能力。
许多零件和工具在工作过程中，往往受到冲击载荷的作用，如冲床的冲头、锻锤的锤杆、内燃机的活塞箱、连杆及风动工具等，这些零件不仅要求具有足够的静载荷强度，而且要具有足够的抵抗冲击载荷的能力。
冲击韧性用αk表示。
5．疲劳强度许多机械零件，如轴、齿轮、弹簧等在交变应力下工作，虽然它们所承受的应力通常低于材料的屈服点，但在交变应力的长期作用下，材料在不发生明显的塑性变形、事前无察觉的情况下突然断裂，该现象称疲劳。
《金属材料的物理特性》金属PPT
（g·cm-3） （大） 19.3 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.70 （小）
熔点(℃)
钨铁铜金银铝锡
（高）3410 1535 1083 1064 962 660 232 （低）
硬度（以金刚
铬铁
石的硬度为10作 标准）
（大） 9
4~5
银
2.5~4
铜金
2.5~3 2.5~3
铝铅
学以致用
用来铸造硬币的金属材料需要具有什么性质？
资源丰富 无毒轻便 耐磨耐腐蚀 美观、易加工
4、金属之最
地壳中含量最高的金属
铝
人体中含量最高的金属
钙
世界年产量最高的金属
铁
导电导热性最好的金属
银
熔点最大的金属
钨
熔点最低
汞
制造飞机的材料中为什么大 量使用铝合金而不用纯铝？
二、合金
先阅读P166—168然后讨论
是( A )
A．青铜属于纯净物 B．青铜属于金属材料 C．青铜的硬度比铜大 D．青铜耐腐蚀，易铸造成型
6．焊锡是锡铅合金，把铅加入锡中制成合金的主要目的是
(B)
A．增加强度
B．降低熔点
C．增加延展性
D．增强抗腐蚀性
Thyoaunk
End
知识小结
一、金属
1、金属的通性： 大多数金属为银白色、固体、有光泽、能导电导热、熔点
高、密度较大、有延展性 2、金属的特性 密度、熔点、硬度等差异较大
3、用途 考虑物质用途时考虑多种因素
二、合金 1、定义：一种金属与其他金属或非金属熔合而成的具有金属 特征的物质。
2、合金一般跟组成它们的金属相比：硬度增大、熔点降低， 有的合金还有强度大、耐腐蚀、强磁性等特性。
金属材料基础知识
金属材料及处理工艺基础知识一、金属材料分类:金属材料的分类有多种方式，有按照密度分的，价格分的…常用的是分类是把金属材料分成黑色金属和有色金属两大类。
1.黑色金属：通常指铁，锰、铬及它们的合金。
常用的黑色材料为钢铁。
其又分为三类：纯铁，钢，铸铁。
纯铁：其主要由Fe组成的，含C量在0.0218％以下，工业中很少用；钢：含C量在218%-2.3%之间的铁碳合金〔不加其他元素的称碳素钢，加入其他合金元素的称合金钢〕。
其又可以按照成分分类〔碳素钢，合金钢〕，用途分类〔轴承钢，不锈钢，工具钢，模具钢，弹簧钢，渗碳用钢，耐磨钢，耐热钢…〕，品质分类〔普通钢，优质钢，高级优质钢〕，成形方式分类〔锻钢，铸钢，热轧钢，冷拉钢〕，形式分类〔板材，棒材，管材，异形钢等〕等等。
铸铁：含C量在2.3％-6.69％之间的铁碳合金成为铸铁。
按石墨的形态其又可以分为灰铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁等，石墨的不同形态和基体的配合而具有不同的性能。
2.有色金属：又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝、镍锰以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。
二、金属材料的使用性能及指标金属材料常用的性能指标有力学性能和物理性能。
1.力学性能：金属材料在外力作用下表现出来的各种特性，如弹性、塑性、韧性、强度、硬度等。
强度:金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。
屈服强度、抗拉强度是极为重要的强度指标，是金属材料选用的重要依据。
强度的大小用应力来表示，即用单位面积所能承受的载荷(外力)来表示，常用单位为MPa。
屈服强度：金属试样在拉力试验过程中，载荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象，称为“屈服”。
产生屈服现象时的应力，即开始产生塑性变形时的应力，称为屈服点，用符号σs表示，单位为MPa。
一般的，材料到达屈服强度，就开始伴随着永久的塑性变形，因此其是非常重要的指标。
抗拉强度：金属试样在拉力试验时，拉断前所能承受的最大应力，用符号σb表示，单位为MPa。
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电阻：
指衡量导电性能的好坏。可以比较一 下铜电线和镍铬电线。
密度：
指俗称为比重。密度越大，重量越重。 把它与水相比的数值就是比重。
这些东西有哪些相似的物理性质？
用途
物理性质
铁制造炊具 铜制成导线
导热性 导电性
性质在很大程度上决定物质的用途，但还需考虑价 格、资源、美观、使用是否便利、回收、环境影响 等因素
金属材料基本知识
金属材料的物理性能
金属的物理性能，大体是由原子内的 原子数量决定，并按元素周期表的排列 重复相似的性能。
根据生活经验，你所知道的金属 有哪些？你见过哪些金属制品？
我所知道的 金属
…
我所见过的 金属制品
…
马踏飞燕
1969年，在甘肃武威出土。中 国雕塑史上的不朽之作。
1984年，定为中国旅游标志图 形。
在常温下，大多数金属是固态，但汞汞是（液态。）
熔点：
指金属的熔化温度。这对冶炼影响很 大。如 等高熔点金属不可能通过熔化 冶炼出来，需要其他方法冶炼。低熔点 的金属有利于铸造，其低熔点的金属有 利于铸造，其低熔点还有其他用途。
热导率：
指导热的好坏。在化工装置上有一种 叫做热交换器的部件，这种部件就要用 热导率的铜。热导率低的金属是不锈钢。 因切削热无法传给切屑，所以容易烧坏 切削刃。不锈钢锅的底部因进行了镀铜 处理，所以热量可以快速传遍整个锅底。
指不然的话，只有火焰部位受热物品 就会被烧焦。
线（膨）胀系数：
指把随着温度变化而引起的膨胀或收 缩在长度方向上表示出来。膨胀就会引 起体积变化，若按体积变化来表示的话 将会很麻，所以就用容易测量的长度变 化来表示。
指最好的例子是铁道线上的铁轨，铁 轨与铁轨之间留有夏季膨胀量的间隙。 可是，现在有时把焊接很长的铁轨直接 紧固在枕木上，阻止了它的热膨胀。
铁
1535
铜金
1083 1064
银
962
铝
660
锡
232 （低）
硬度（以金
铬铁
刚石的硬度为10 （大） 9 4~5
作标准）
银
2.5~4
铜金
2.5~3 2.5~3
铝铅
2~2.9 1.5 （小）
2、金属之最
地壳中含量最高的金属
铝
人体中含量最高的金属
钙
世界年产量最高的金属
铁
导电导热性最好的金属
银
熔点最属活动性顺序
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au 钾钙 钠 镁 铝锌 铁 锡 铅 氢铜 汞 银 铂金
金属活动性由强到弱
说明:
1.越靠前活动性越强，钾最活泼，金最不活 泼。 2.氢前金属能从酸（稀盐酸、稀硫酸）中置 换出氢，氢后金属则不行。（浓硫酸、硝酸 不行） 3.排在前面的金属能把排在后面的金属从它 的盐溶液中置换出来 4.相同条件下，位置越前的金属，与酸反应 越剧烈。
2002年， “马踏飞燕”的仿 制品作为国礼赠布什。
金属的共同物理性质
大多数金属为银白色 大多数金属为固体 大多数金属有光泽 大多数金属能导电导热 大多数金属熔沸点高 大多数金属有延展性
不同金属也有本身的特性
不同金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等 物理性质 差别也较大。例如
大多数金属都是银白色的，但铜却呈铜（紫红色） ， 金金呈（黄色） 。
课外小知识： 1、金属的特性
物理性质
物理性质比较
导电性（以
银 铜 金 铝锌 铁 铅
银的导电性为100 作标准）
（优）100
99
74 61
27 17 7.9 （良）
密度
金铅银铜铁锌铝
（g·cm ） -3 （大） 19.3 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.70（小）
熔点(℃)
钨
（高）3410